JP2009244011A - 超音波センサの取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】送信用素子と受信用素子をそれぞれ備える構成において、直接波が受信用素子に伝達されるのを抑制し、体格を小型化することができる超音波センサの取り付け構造を提供する。
【解決手段】超音波センサを、移動体の壁部材に取り付けてなる超音波センサの取り付け構造であって、超音波センサは、超音波を送信する送信用素子と、該送信用素子とは別の素子であり、反射波を受信する受信用素子と、送信用素子が超音波を生じるための駆動信号を生成するとともに受信用素子から入力される信号を処理する回路が設けられた回路基板と、送信用素子、受信用素子、及び回路基板を収容するケースとを備え、ケースと壁部材の内面とにより構成される空間が、回路基板によって送信用素子の配置領域と受信用素子の配置領域に区画される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送信する送信用素子と超音波を受信する受信用素子を有する超音波センサの取り付け構造に関するものである。

従来、超音波センサでは、筐体の底部若しくはバンパに圧電素子が固定され、その底部外面若しくはバンパ外面が振動面となっている。そのため、振動面に連なる筐体若しくはバンパにおける振動面以外の部位（隣接部位）に不要振動が伝達され、振動面の隣接部位も振動面とともに多少なりとも振動する。これにより、振動する領域の形状が振動面の形状と異なり、超音波の指向性（検出範囲の指向性）が不安定となる。

これに対し、例えば特許文献１には、超音波を送信する送信用素子と、障害物によって反射された超音波を受信する受信用素子が別々に構成された超音波センサが提案されている。
特開２００２―１３１４１７号公報

特許文献１に示される構成では、振動面のみが振動した場合に得られる理想的な検出範囲（扇状）を形成するように、送信用素子によって発生される超音波（以下、送信波と示す）の送信範囲と、受信用素子によって受信される超音波（以下、反射波と示す）の受信範囲を重ねると、検出範囲の指向性を安定化させることができる。このように、送信用素子と受信用素子を所定距離離れて配置することにより、検出範囲の指向性を安定化させることができる。

しかしながら、検出範囲の指向性を安定化させるためには、上記したように、送信用素子と受信用素子を所定距離離して配置しなくてはならない。そのため、超音波センサにおいて、送信用素子と受信用素子との間に余分な空間（スペース）ができてしまい、超音波センサの体格が大きくなってしまうという問題が生じる。

また、送信用素子と受信用素子が別々に構成されているので、バンパの内面側において、送信用素子から受信用素子に送信波（以下、直接波と示す）が直接伝達され、この直接波と障害物から反射された反射波が干渉して、障害物の検出信頼性が損なわれるという問題が生じる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、送信用素子と受信用素子をそれぞれ備える構成において、直接波が受信用素子に伝達されるのを抑制し、体格を小型化することができる超音波センサの取り付け構造を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、超音波センサを、移動体の壁部材に取り付けてなる超音波センサの取り付け構造であって、超音波センサは、超音波を移動体外部に送信する送信用素子と、該送信用素子とは別の素子であり、送信用素子から送信された超音波の移動体外部に存在する障害物による反射波を受信する受信用素子と、送信用素子が超音波を生じるための駆動信号を生成するとともに受信用素子から入力される信号を処理する回路が設けられた回路基板と、送信用素子、受信用素子、及び回路基板を収容するケースと、を備え、ケースと壁部材の内面とにより構成される空間が、回路基板により、送信用素子の配置領域と受信用素子の配置領域に区画されていることを特徴する。

このように本発明によれば、ケースと壁部材の内面とにより構成される空間（以下、内部空間と示す）が、回路基板により、送信用素子の配置領域と受信用素子の配置領域に区画されている。したがって、内部空間に配置された媒体（例えば空気や吸音材）を介して、送信用素子から受信用素子に直接波が伝達されるのを、回路基板によって抑制することができる。これにより、直接波と反射波の干渉を抑制し、障害物の検出信頼性の低下を抑制することができる。また、送信用素子と受信用素子との間の空間に回路基板が配置されるので、送信用素子と受信用素子との間以外に回路基板を配置する構成に比べて、ケースを小型化し、ひいては超音波センサの体格を小型化することができる。

請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、回路基板は、送信用素子と受信用素子との間に配置され、その厚さ方向が壁部材の厚さ方向に対して略垂直であって、送信用素子と受信用素子とを結んでなる方向に対して略平行とされた構成が好ましい。これによれば、直接波の伝達を抑制しつつ、超音波センサの体格をより小型化することができる。

請求項１又は請求項２に記載の発明は、請求項３に記載のように、送信用素子及び受信用素子が、壁部材の内面に直接固定され、超音波センサが、壁部材の一部を送信用素子の振動面及び受信用素子の振動面として含む構成に好適である。

上記構成の場合、壁部材を介して超音波を送受信するため、壁部材に形成された貫通孔を介して超音波を送受信する超音波センサに比べて、圧電素子が大きくなる。そのため、圧電素子を収容するケースの体格が大きくなってしまい、結果、超音波センサの体格も大きくなってしまう。しかしながら、このような構成においても、請求項１又は請求項２に記載の構成を適用すると、壁部材の厚さ方向において、超音波センサの体格を小型化することができる。

また、送信用素子及び受信用素子が壁部材の内面側に隠れる構成となるので、貫通孔を介して送信用素子及び受信用素子の振動面を壁部材の外部に露出させる超音波センサに比べて、意匠性を向上させることができる。

請求項１〜３いずれかに記載の発明においては、請求項４に記載のように、送信用素子の振動面及び受信用素子の振動面は、その形状が、地面に対して垂直な方向の長さのほうが、地面に対して水平な方向の長さよりも長い略長方形とされた構成が好ましい。これにより、地面に対して水平な方向に、超音波の指向性を広げ、水平方向に存在する障害物を検出し易くすることができる。

請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項５に記載のように、移動体としての車両における、壁部材としてのバンパ、モール、及びボディの少なくとも１つに好適である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る超音波センサの取り付け構造の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。なお、図２においては、便宜上、後述する制振材、吸音材、及び緩衝材を省略している。また、以下においては、地面に対して水平な方向であり、バンパの厚さ方向に垂直な方向を横方向、地面に対して水平な方向であり、バンパの厚さ方向に沿う方向を厚さ方向、地面に対して垂直な方向を垂直方向と示すものとする。

超音波センサは、車両の周囲に存在する障害物を検出できるように、車両の前方、後方、或いは四隅側のバンパなどに取り付けられる。図１に示すように、超音波センサ１０は、要部として、超音波を送信する送信用素子２０、超音波を受信する受信用素子２１、回路基板３０、及びこれら送信用素子２０、受信用素子２１、回路基板３０を収容するケース４０を有している。なお、本実施形態においては、送信用素子２０及び受信用素子２１をバンパ５０に固定した状態で、バンパ５０の一部を送信用素子２０の振動面及び受信用素子２１の振動面として含む構成となっている。すなわち、超音波センサ１０がバンパ５０の外面５０ｂ側に露出しない構成となっている。

送信用素子２０は超音波をバンパ５０の外面５０ｂ側に送信する機能を果たし、受信用素子２１は図示しない障害物によって反射された超音波（反射波）を受信する機能を果たすものである。このような送信用素子２０及び受信用素子２１としては、例えばＰＺＴやチタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼結体としたものを採用することができる。本実施形態では、送信用素子２０及び受信用素子２１は、図２に示すように、垂直方向と横方向に沿うそれぞれの断面形状が略長方形とされ、図１に示すように、該断面に垂直な方向（厚さ方向）に延びた四角柱の形状を有している。送信用素子２０と受信用素子２１は、検出範囲の指向性を向上するために、横方向に所定距離離れてケース４０内に配置されており、送信用素子２０の横方向と垂直方向に沿う側面と、受信用素子２１の横方向と垂直方向に沿う側面が、回路基板３０を介して、互いに対向するようにケース４０内に収容されている。そして、図２に示すように、送信用素子２０の長手辺２０ａ及び受信用素子２１の長手辺２１ａが垂直方向と略平行となり、送信用素子２０の短手辺２０ｂ及び受信用素子２１の短手辺２１ｂが横方向と略平行となるように、送信用素子２０の端面２２と受信用素子２１の端面２３がバンパ５０の内面５０ａに接触されている。また、送信用素子２０の表面におけるバンパ５０側の端面２２とその裏面を除く面（側面）の一部、及び、受信用素子２１の表面におけるバンパ５０側の端面２３とその裏面を除く面（側面）の一部には、例えばブチルゴムなどによって構成される制振材２４が被着されており、この制振材２４によって、送信用素子２０の側面及び受信用素子２１の側面の振動が抑制されるようになっている。

回路基板３０は、図示しないリードを介して送信用素子２０及び受信用素子２１と電気的に接続されており、送信用素子２０を振動させて超音波を発生するための駆動信号を送信用素子２０に出力したり、受信用素子２１に超音波が伝達されて受信用素子２１に歪みが生じた場合に、逆起電圧効果によって生じる電圧信号を入力処理する回路を有している。そして、回路基板３０は、コネクタ３１を介して図示しないコントローラに接続され、このコントローラによって車両後方及びコーナ部の障害物検出が行われる。図２に示すように、回路基板３０は、垂直方向及び横方向に沿う断面が略長方形とされ、該断面に垂直な方向（厚さ方向）に延びた平板状の形状を有しており、該断面の長手辺３０ａが、送信用素子２０の長手辺２０ａ及び受信用素子２１の長手辺２１ａと略平行となるようにケース４０内に収容されている。また、回路基板３０の厚さ方向（図２に示す短手辺３０ｂと略平行な方向）が、上記した厚さ方向（バンパ５０の厚さ方向）と略垂直となるように、回路基板３０はバンパ５０の内面５０ａに固定されている。また、回路基板３０の厚さ方向と垂直方向に沿う側面の一部には、例えばアセテート繊維からなる吸音材３２が設置されており、この吸音材３２によって、送信用素子２０から送信される送信波が回路基板３０に伝達されるのが抑制されるようになっている。

ケース４０は、送信用素子２０、受信用素子２１、及ぶ回路基板３０を収容するものである。本実施形態において、ケース４０は樹脂などの絶縁材料からなり、バンパ５０の内面５０ａに接着固定される平板状のバンパ固定部４１と、送信用素子２０、受信用素子２１、及ぶ回路基板３０を収容する有底筒状の収容部４２を有している。なお、バンパ固定部４１は、収容部４２の開口端から筒の外側に延びるように、収容部４２と連結されている。収容部４２における内周面４２ａの一部には、例えばアセテート繊維からなる吸音材４３が設置されており、この吸音材４３によって、送信用素子２０から送信される送信波が収容部４２を伝って受信用素子２１に伝達されるのが抑制されるようになっている。また、収容部４２における底部４２ｂには、緩衝材２５を介して送信用素子２０の端面２２及び受信用素子２１の端面２３を、バンパ５０の内面５０ａに接触固定するためのバネ部材４４が設置されている。緩衝材２５は、例えば高発泡シリコンフォームからなり、この緩衝材２５によって、バネ部材４４を介して送信用素子２０からケース４０、受信用素子２１、及びバンパ５０に不要振動が伝達されるのが抑制されるようになっている。

バンパ５０の内面５０ａには、溝部５１，５２が形成されており、溝部５１によって囲まれた部位が送信用素子２０の端面２２と接触しており、この部位の外面が、請求項に記載の送信用素子２０の振動面の機能を果たすようになっている。以下、バンパ５０における溝部５１によって囲まれた部位の外面を、送信面５３と示す。また、溝部５２によって囲まれた部位は受信用素子２１の端面２３と接触しており、この部位の外面が、請求項に記載の受信用素子２１の振動面の機能を果たすようになっている。以下、バンパ５０における溝部５２によって囲まれた部位の外面を、受信面５４と示す。なお、内面５０ａにおいて、収容部４２の底部４２ｂと対向し、溝部５１によって囲まれた部位及び溝部５２によって囲まれた部位を除く部位には、バンパ５０の振動を抑制する制振材５５が設置されている。制振材５５の構成材料としては、例えばブチルゴムを採用することができる。

バンパ５０における溝部５１，５２が設けられた部位の剛性は、溝部５１，５２の周囲の剛性に比べて低い。そのため、溝部５１，５２が設けられた部位は他の部位よりも変形し易くなり、これにより、送信面５３及び受信面５４が振動し易くなっている。なお、本実施形態においては、送信面５３の形状（溝部５１の形状）が送信用素子２０の端面２２と略同一となっており、受信面５４の形状（溝部５２の形状）が受信用素子２１の端面２３と略同一となっている。すなわち、送信面５３及び受信面５４は、横方向と垂直方向に沿うそれぞれの断面形状が略長方形となっており、送信面５３及び受信面５４の長手辺が垂直方向と略平行となるように形成されている。また、送信面５３の面積が送信用素子２０の端面２２の面積よりも小さく、受信面５４の面積が受信用素子２１の端面２３の面積よりも小さい構成となっている。

次に、本実施形態の特徴部分を説明する。図１に示すように、超音波センサ１０がバンパ５０の内面５０ａに固定された状態（バンパ５０の内面５０ａにバンパ固定部４１が接着固定された状態）で、厚さ方向における回路基板３０の長さが、バンパ５０の内面５０ａと、内面５０ａと対向する底部４２ｂにおける底面との面間距離とほぼ等しくなるように超音波センサ１０が構成されている。そして、厚さ方向における回路基板３０の一方の端部が制振材５５を介してバンパ５０の内面５０ａに固定され、他方の端部が、底部４２ｂと接触固定される構成となっている。また、図２に示すように、回路基板３０の長手辺３０ａの長さが、収容部４２における内周面４２ａの直径とほぼ等しくなるように構成されており、長手辺３０ａと短手辺３０ｂとの角部が収容部４２における内周面４２ａと接触する構成となっている。すなわち、回路基板３０によって、バンパ５０の内面５０ａとケース４０（収容部４２）によって構成される内部空間５６が、２つの空間に区画される構成となっている。上記したように、回路基板３０は、送信用素子２０と受信用素子２１との間に配置されているので、上記した２つの空間の一方に、送信用素子２０が配置され、他方の空間に受信用素子２１が配置される構成となっている。すなわち、内部空間５６は、回路基板３０によって、送信用素子２０が配置された空間５７と、受信用素子２１が配置された空間５８に区画されている。

次に、上記した超音波センサ１０の取り付け構造の効果について説明する。本実施形態では、検出範囲の指向性を向上するために、送信用素子２０と受信用素子２１が横方向に所定距離離れてケース４０内に配置されており、送信用素子２０と受信用素子２１との間に回路基板３０が配置されている。そして、超音波センサ１０がバンパ５０の内面５０ａに固定された状態において、バンパ５０の内面５０ａとケース４０（収容部４２）によって構成される内部空間５６が、回路基板３０によって、送信用素子２０が配置された空間５７と、受信用素子２１が配置された空間５８に区画されている。すなわち、送信用素子２０と受信用素子２１が、回路基板３０、バンパ５０の内面５０ａ及びケース４０の収容部４２によって構成される別々の空間５７，５８に収容される構成となっている。したがって、送信用素子２０から内部空間５６に配置された媒体（例えば空気や吸音材３２）を介して受信用素子２１に直接波が伝達されるのを、回路基板３０によって抑制することができる。これにより、直接波と反射波の干渉を抑制し、障害物の検出信頼性の低下を抑制することができる。また、送信用素子２０と受信用素子２１との間に回路基板３０が配置される構成となっているので、ケース４０内における送信用素子２０と受信用素子２１との間以外に回路基板３０を配置する構成に比べて、ケース４０を小型化し、ひいては超音波センサ１０の体格を小型化することができる。

また、本実施形態では、回路基板３０の厚さ方向（図２に示す短手辺３０ｂと略平行な方向）が、上記した厚さ方向（バンパ５０の厚さ方向）と略垂直となるように、回路基板３０がバンパ５０の内面５０ａに固定されている。したがって、直接波の伝達を抑制しつつ、超音波センサ１０の体格をより小型化することができる。

また、本実施形態では、バンパ５０の内面５０ａに溝部５１，５２を形成することによって、溝部５１によって囲まれた部位の外面を送信面５３とし、溝部５２によって囲まれた部位の外面を受信面５４としている。この構成の場合、バンパ５０を介して超音波を送受信するため、バンパに形成された貫通孔を介して超音波を送受信する超音波センサに比べて、圧電素子が大きくなる。そのため、圧電素子を収容するケース４０の体格が大きくなってしまい、結果、超音波センサ１０の体格も大きくなってしまう。しかしながら、このような構成においても、上記したように、送信用素子２０と受信用素子２１の間に回路基板３０を配置することによって、厚さ方向において超音波センサ１０の体格を小型化することができる。また、送信用素子２０及び受信用素子２１がバンパ５０の内面５０ａ側に隠れる構成となるので、貫通孔を介して送信用素子及び受信用素子を壁部材の外部に露出させる超音波センサに比べて、意匠性を向上させることができる。

また、本実施形態では、送信面５３及び受信面５４は、横方向と垂直方向に沿うそれぞれの断面形状が略長方形となっており、送信面５３及び受信面５４の長手辺が垂直方向と略平行となるように形成されている。これにより、水平方向に超音波の指向性を広げ、水平方向に存在する障害物を検出し易くすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態においては、送信用素子２０及び受信用素子２１をバンパ５０に固定した状態で、バンパ５０の一部を送信用素子２０の送信面５３及び受信用素子２１の受信面５４として含む構成となっている例を示した。しかしながら、上記例に限定されず、例えば、筐体の底部に圧電素子を固定し、その底部を壁部材に接触固定することにより、壁部材の外面を振動面とする超音波センサ、若しくは、貫通孔を介して送信用素子及び受信用素子を壁部材の外部に露出させる超音波センサにも適用することができる。

本実施形態においては、送信用素子２０及び受信用素子２１が、垂直方向及び横方向に沿うそれぞれの断面形状が略長方形とされ、該断面に垂直な方向（厚さ方向）に延びた四角柱の形状を有している例を示した。しかしながら、送信用素子２０及び受信用素子２１の形状としては上記例に限定されない。

本実施形態においては、回路基板３０は、垂直方向及び横方向に沿う断面が略長方形とされ、該断面に垂直な方向（厚さ方向）に延びた平板状の形状を有している例を示した。しかしながら、回路基板３０の形状としては上記例に限定されず、内部空間５６を、送信用素子２０が配置される空間５７と、受信用素子２１が配置される空間５８に区画することができる形状であれば、適宜採用することができる。

本実施形態では、ケース４０における収容部４２が有底筒状である例を示した。しかしながら、収容部４２の形状としては、送信用素子２０と受信用素子２１を横方向に所定距離離して収容することができる形状であれば、適宜採用することができる。

本実施形態では、バネ部材４４によって、送信用素子２０の端面２２及び受信用素子２１の端面２３が内面５０ａに接触固定される例を示した。しかしながら、端面２２及び端面２３を内面５０ａに接触固定する部材としては、上記例に限定されない。例えば、接着剤を用いて、端面２２及び端面２３を内面５０ａに接触固定しても良い。

本実施形態では、移動体としての車両の例を示したが、車両以外の移動体に適用することもできる。また、車両のバンパを壁部材とする例を示したが、バンパ５０以外にも、車両のボディ（金属製の薄板）や樹脂製のモール（バンパやボディの一部に配置される保護部）を壁部材としても良い。

第１実施形態に係る超音波センサの取り付け構造の概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０・・・超音波センサ
２０・・・送信用素子
２１・・・受信用素子
３０・・・回路基板
４０・・・ケース
５０・・・バンパ

Claims (5)

1. 超音波センサを、移動体の壁部材に取り付けてなる超音波センサの取り付け構造であって、
   前記超音波センサは、超音波を移動体外部に送信する送信用素子と、該送信用素子とは別の素子であり、前記送信用素子から送信された超音波の移動体外部に存在する障害物による反射波を受信する受信用素子と、前記送信用素子が超音波を生じるための駆動信号を生成するとともに前記受信用素子から入力される信号を処理する回路が設けられた回路基板と、前記送信用素子、前記受信用素子、及び前記回路基板を収容するケースと、を備え、
   前記ケースと前記壁部材の内面とにより構成される空間が、前記回路基板により、前記送信用素子の配置領域と前記受信用素子の配置領域に区画されていることを特徴とする超音波センサの取り付け構造。
2. 前記回路基板は、前記送信用素子と前記受信用素子との間に配置され、その厚さ方向が前記壁部材の厚さ方向に対して略垂直であって、前記送信用素子と前記受信用素子とを結んでなる方向に対して略平行とされていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサの取り付け構造。
3. 前記送信用素子及び前記受信用素子は、前記壁部材の内面に直接固定されており、
   前記超音波センサは、前記壁部材の一部を、前記送信用素子の振動面及び前記受信用素子の振動面として含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサの取り付け構造。
4. 前記送信用素子の振動面及び前記受信用素子の振動面は、その形状が、地面に対して垂直な方向の長さのほうが、地面に対して水平な方向の長さよりも長い略長方形とされていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の超音波センサの取り付け構造。
5. 前記移動体は車両であり、
   前記壁部材は、バンパ、モール、及びボディの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の超音波センサの取り付け構造。

Images